光波分复用技术讲座-信息产业部

1、.精品资料网cnshu25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座：.；精品资料网cnshu 专业提供企管培训资料 光波分复用技术讲座 第一讲 WDM技术的根本原理 信息产业部电信研讨院 xxx目前，WDM波分复用技术开展非常迅速，已展现出宏大的生命力和光明的开展前景，我国的光缆干线和一些省内干线已开场采用WDM系统，并且国内一些厂商也正在开发这项技术。为协助 读者了解和熟习这一新技术，我们组织了该系列讲座。第一讲是WDM技术的根本原理；第二讲引见WDM系统中运用的光电器件的种类及其主要原理，以及它们的运用情况；第三讲引见WDM系统的技术规范，特别是信息产业部刚刚制定发布的1682.5Gbs W

2、DM系统规范，并予以较详细的阐明；第四讲主要是关于WDM系统管理方面的要求，以及WDM和SDH网管系统的关系；第五讲是关于WDM系统测试方法和相关仪表；第六讲主要讨论采用0ADM组环的技术，另外还将讨论基于OXC和0ADM的全光网技术。欢迎读者朋友随时对该讲座提出意见和要求热线1 概述在过去20年里，光纤通讯的开展超乎了人们的想象，光通讯网络也成为现代通讯网的根底平台。就我国长途传输网而言，截止到1998年底，省际干线光缆长度已接近2O万km。光纤通讯系统阅历了几个开展阶段，从80年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，以及近来风起云涌的WDM系统，光纤通讯系

3、统本身在快速地更新换代。波分复用技术从光纤通讯出现伊始就出现了，两波长WDM13101550nm系统80年代就在美国AT&T网中运用，速率为21.7Gbs。但是到90年代中期，WDM系统开展速度并不快，主要缘由在于：1TDM时分复用技术的开展，155Mbs622Mbs2.5Gbs TDM技术相对简单。据统计，在2.5Gbs系统以下含2.5Gbs系统，系统每晋级一次，每比特的传输本钱下降3O左右。正由于此，在过去的系统晋级中，人们首先想到并采用的是TDM技术。2波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器解复用器和光放大器在90年代初才开场商用化。1995年开场，WDM技术的开展进入了快车道，特别是基

4、于掺饵光纤放大器EDFA的1550nm窗口密集波分复用DWDM系统。Lucent率先推出82.5Gbs系统，Ciena推出了162.5Gbs系统，实验室目前已达Tbs速率，世界上各大设备消费厂商和运营公司都对这一技术的商用化表现出极大的兴趣，WDM系统在全球范围内有了较广泛的运用。开展迅速的主要缘由在于：1光电器件的迅速开展，特别是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器15301565nm区域采用WDM技术成为能够。2TDM10Gbs面临着电子元器件的挑战，利用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术的极限，TDM已没有太多的潜力可控，并且传输设备的价钱也很高。3已敷设G.652光纤1550nm窗口的高

5、色散限制了TDM10Gbs系统的传输，光纤色度色散和极化模色散的影响日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用，即从光域上用各种复用方式来改良传输效率，提高复用速率，而WDM技术是目前可以商用化最简单的光复用技术。从光纤通讯开展的几个阶段看，所运用的技术都与光纤亲密相关。80年代初期的多模光纤通讯，所运用的是多模光纤的850nm窗口；80年代未、90年代初期的PDH系统，所运用的是单模光纤1310nm窗口；1993年开场的SDH系统开场转向1550nm窗口；WDM是在光纤上实行的频分复用技术，更是与光纤有着不可分割的联络。目前的WDM系统是在155Onm窗口实施的多波长复用技术，因此

6、在深化讨论WDM技术以前，有必要讨论一下光纤的特性，特别是光纤的带宽和损耗特性。2 光纤的根本特性由于单模光纤具有内部损耗低、带宽大、易于晋级扩容和本钱低的优点，因此得到了广泛运用。从80年代未起，我国在国家干线网上敷设的都是常规单模光纤。常规石英单模光纤同时具有1550nm和1310nm两个窗口，最小衰减窗口位于1550nm窗口。多数国际商用光纤在这两个窗口的典型数值为：1310nm窗口的衰减在0.30.4dBkm；1550nm窗口的衰减在O.190.25dBkm。从上图可以看出，除了在0nm有一个OH-根离子吸收峰导致损耗比较大外，其它区域光纤损耗都小于0.5dBkm据报道已有公司推出了A

7、LLWAVE全波光纤，消除了这一损耗峰峰值，使整个频带更加平坦。如今人们所利用的只是光纤低损耗频谱13101550nm极少的一部分。以常规SDH 2.5Gbs系统为例，在光纤的带宽中只占很小一部分，大约只需0.02nm左右；全部利用掺饵光纤放大器EDFA的放大区域带宽15301565nm的35nm带宽，也只是占用光纤全部带宽1310157Onm的16左右。实际上，WDM技术可以利用的单模光纤带宽到达200nm，即25THz带宽，即使按照波长间隔为0.8nm100GHz计算，实际上也可以开通200多个波长的WDM系统，因此目前光纤的带宽远远没有利用。WDM技术的出现正是为了充分利用这一带宽，而光

8、纤本身的宽带宽、低损耗特性也为WDM系统的运用和开展提供了能够。3 WDM技术原理在模拟载波通讯系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法，即在同一根电缆中同时传输假设干个信道的信号，接纳端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样，在光纤通讯系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接纳端采用解复用器等效于光带通滤波器将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大，人们更喜欢采用波长来定义频率上的差别，因此这样的复用方法称为波分复用。所谓WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的宏大带宽资源，根据每一信

9、道光波的频率或波长不同可以将光纤的低损耗窗口划分成假设干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器合波器将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进展传输。在接纳端，再由一波分复用器分波器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作相互独立不思索光纤非线性时，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。双向传输的问题也很容易处理，只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，如今商用化的普通是8波长和16波长系统，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小，图2给出了其系统组成。W

10、DM本质上是光域上的频分复用FDM技术。要想深化了解WDM系统的本质，有必要对传输技术的开展进展一下总结。从我国几十年运用的传输技术来看，走的是FDM-TDM-TDM+FDM的道路。开场的明线、中同轴电缆采用的都是FDM模拟技术，即电域上的频分复用技术，每路话音的带宽为4kHz，每路话音占据传输媒质好像轴电缆一段带宽；PDH、SDH系统那么是在光纤上传输的TDM基带数字信号，每路话音速率为64kbs；而WDM技术是光纤上频分复用技术，1682.5Gbs的WDM系统那么是光域上的FDM模拟技术和电域上TDM数字技术的结合。下面列出了几种传输技术实现方式：.明线技术，FDM模拟技术，每路4kHz；

11、.小同轴电缆6O路FDM模拟技术，每路4kHz；.中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路4kHz；.光纤通讯140Mbs PDH系统，TDM数字技术，每路64kb；.光纤通讯2.5Gbs SDH系统，TDM数字技术，每路64kbs；.光纤通讯N2.5Gbs WDM系统，TDM数字技术+光频域FDM模拟技术，每路64kbs。WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术，每个波长通路经过频域的分割实现，如图3所示。每个波长通路占用一段光纤的带宽，与过去同轴电缆FDM技术不同的是：1传输媒质不同，WDM系统是光信号上的频率分割，同轴系统是电信号上的频率分割利用。2在每个通路上，同轴电缆系统传输的是模拟

12、信号4kHz语音信号，而WDM系统目前每个波长通路上是数字信号SDH 2.5Gbs或更高速率的数字系统。4 WDM技术的主要特点可以充分利用光纤的宏大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输添加几倍至几十倍。使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节约光纤。另外，对于早期安装的芯数不多的电缆，芯数较少，利用波分复用不用对原有系统作较大的改动即可比较方便地进展扩容。由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因此可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分别，包括数字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号的综合与分别。波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速

13、率及电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的“业务信号，ATM、IP或者未来有能够出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于“业务层信号来说，WDM的每个波长就像“虚拟的光纤一样。在网络扩展和开展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务例如CATV、HDTV和B-ISDN等的方便手段，添加一个附加波长即可引入恣意想要的新业务或新容量。利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复，从而能够实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。在国家骨干网的传输时，EDFA的运用可以大大减少长途干线系统SDH中继器的数目，从而减少本钱。间隔 越长，节省本钱就越多。5 WDM和DWDM人们在议论WDM系统时，

14、有时谈判到DWDM密集波分复用系统。WDM和DWDM是同一回事吗？它们之间究竟有那些差别呢？其实，WDM和DWDM运用的是同一种技术，它们是在不同开展时期对WDM系统的称谓，它们与WDM技术的开展历史有着严密的关系。在80年代初，光纤通讯兴起之初，人们想到并首先采用的是在光纤的两个低损耗窗口1310nm和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也就是131Onm155Onm两波分的WDM系统，这种系统在我国也有实践的运用。该系统比较简单，普通采用熔融的波分复用器件，插入损耗小；没有光放大器，在每个中继站上，两个波长都进展解复用和光电光再生中继，然后再复用在一同传向下一站。很长一段时间内在人们的了

15、解中，WDM系统就是指波长间隔为数十nm的系统，例如1310nm1550nm两波长系统间隔达200多nm。由于在当时的条件下，实现几个nm波长间隔是不大能够的。随着1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系统的运用进入了一个新时期。人们不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口传送多路光载波信号。由于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄普通1.6nm，且任务在一个窗口内共享EDFA光放大器，为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更严密的WDM系统为密集波分复用系统。所谓密集，是指相临波长间隔而言。过去WDM系统是几十nm的波长间隔，如今的波长间隔小多了，只需0.82nm，甚至0.8

16、nm。密集波分复用技术其实是波分复用的一种详细表现方式。由于DWDM光载波的间隔很密，因此必需采用高分辨率波分复用器件来选取，例如平面波导型或光纤光栅型等新型光器件，而不能再利用熔融的波分复用器件。在DWDM长途光缆系统中，波长间隔较小的多路光信号可以共用EDFA光放大器。在两个波分复用终端之间，采用一个EDFA替代多个传统的电再生中继器，同时放大多路光信号，延伸光传输间隔 。在DWDM系统中，EDFA光放大器和普通的光电光再生中继器将共同存在，EDFA用来补偿光纤的损耗，而常规的光电光再生中继器用来补偿色散、噪声积累带来的信号失真。如今，人们都喜欢用WDM来称谓DWDM系统。从本质上讲，DW

17、DM只是WDM的一种方式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明确和准确的定义，而且随着技术的开展，原来以为所谓密集的波长间隔，在技术实现上也越来越容易，曾经变得不那么“密集了。普通情况下，假设不特指1310nm1550nm的两波分WDM系统，人们议论的WDM系统就是DWDM系统。6 总 结过去无论PDH的34Mbs-140Mbs-565Mbs，还是SDH的155Mbs-622Mbs-2.4Gbs，其扩容晋级方法都是采用电的TDM方式，即在电信号上进展的时间分割复用技术，光电器件和光纤完成的只是光电变换和透明传输，对信号在光域上没有任何处置措施甚至于放大。WDM技术的运用第一次把复用方式从电信号转

18、移到光信号，在光域上用波分复用即频率复用的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，而不再回到电信号上处置，并且各个波长彼此独立，对传输的数据格式透明。因此，从某种意义上讲，WDM技术的运用标志着光通讯时代的“真正到来。 第二讲WDM系统中的光电器件 信息产业部电信研讨院 xxxWDM系统本质上是光域上的模拟系统，WDM技术第一次把复用方式从电域转移到光域，在光域上用彼长复用即频率复用的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，而不再回到电信号上处置，因此大大添加了光电器件，而且光模拟系统的性能很大程度上取决于各器件的特性。相对于SDH系统，WDM系统添加了波分复用器解复用器、光放大器

19、等器件，另外对激光器信号的波长准确性和稳定性也提出了较高的要求。下面我们分3部分引见WDM系统中的光电器件，即激光器、波分复用器和光放大器。1 激光器过去SDH系统任务波长是在一个很宽的区域内，而WDM系统的最重要特点是每个系统采用不同的波长，普通波长问隔为100GHz或2OOGHz，这对激光器提出了较高要求。除了准确的任务波长外，在整个寿命期间波长偏移量都应在一定的范围之内，以防止不同的波长相互关扰。即激光器必需任务在规范波长、且具有很好的稳定性。另一方面，由于采用了光放大器，WDM系统的无再生中继间隔 大大延伸。SDH系统再生间隔 普通在506Okm，由再生器进展整形、定时和再生，恢复成数

20、字信号继续传输。而WDM系统中，每隔8okm有一个EDFA，只进展放大，没有整形和定时功能，不能有效去除因线路色散和反射等带来的不利影响，系统经50O60Okm传输后才进展光电再生，因此要求光源的色散受限间隔 大大延伸。由过去的5O60km提高到6O0km以上，这对光源的要求大大提高。总体上，运用在WDM系统上的光源有2个突出特点：1比较大的色散包容值。2规范而稳定的波长。11外调制技术对于直接调制来讲，单纵模激光器引起的啁啾Chirp噪声已成为限制其传输间隔 的主要要素。即使采用a值较小的应变型超晶格激光器，在G652光纤上传输25 Gbs的色散受限间隔 也只需120km左右。这对于国家干线

21、WDM系统要求的5OO60Okm是不够的。从原理上讲，很难消除直接调制带来的Chirp噪声，人们把目光转向了外调制。与直接调制不同，在外调制情况下，高速电信号不再直接调制激光器，而是加载在某一媒介上，利用该媒介的物理特性使经过的激光器信号的光波特性发生变化，从而间接建立了电信号与激光的调制关系。在外调制情况下，激光器产生稳定的大功率激光，而外调制器以低啁啾对它进展调制，从而获得远大于直接调制的色散受限间隔 。目前，投入适用的主要有两种：一种是电吸收型外调制器，一种是波导型铌酸锂马赫一曾德尔调制器。111 电吸收外调制器EML激光器电吸收外调制器是一种强度调制器，也是第一种大量消费的钢镓砷磷In

22、GaAsP光电集成器件。它将激光器和调制器集成到一片芯片上。EML激光器芯片的激光器段任务于恒定功率或CW方式。输入信号加在调制器上，因此调制器像一个开关，让光经过或把光关断。这使得产生的信号的啁啾声Chirp非常小，囚此可以在规范的光纤上传播非常长的间隔 ，并且信号的失真很小，典型的EML激光器支持超越600km的间隔 。电吸收外调制器的最突出的优点是体积较小，集成度好。另外驱动电压低，耗电量小，在已有的WDM陆地系统中，绝大部分公司的产品都采用了这种类型的外调制器。112 马赫-曾德尔Mach一Zehnder外调制器马赫-曾德尔波导型外调制器也是一种强度调制器。它运用单独的一个单纵模DFB

23、激光器和一个外调制器。激光器也任务于延续波CW形状，在外加调制电场的情况下，由于银酸锂LiNbO3良好的电光效应，使波导的折射率发生改动，经过波导的光的强度相应发生变化，实现波导输出的光幅度调制。马赫-曾德尔调制器在原理上其啁啾参数可以为零，因此调制速率极高，几乎不受光纤色散的限制，调制线宽很窄，消光比高。缺陷是调制器与偏振矿态相关，激光器和调制器之间的衔接必需运用保偏光纤。在10Gb5以上超高速WDM系统传输时，MZ外调制器成为抑制光纤色散影响的主要手段。12波长稳定技术WDM系统的一个重要特点是在光波分复用器处输入的信号均为固定波长的光信号，各个通路的信号波长不同，而且对中心频率偏移有严厉

24、规定。如对于825Gbs WDM系统，通路间隔选择2OOGHz，到寿命终了时的波长偏移不大于20GHz。相邻两个通路假设波长偏移过大，就会呵斥通路间的串扰过大，产生误码。就目前技术而言，最简单的方法是依托稳定激光器的温度和偏流保证。但这种方法无法处理由于激光器老化、温度变化引起的波长变化。当波长精度要求较高时，需求运用更严厉的波长控制技术。运用波长敏感器件对可调制延续波光源的波出息展控制的原理如图1所示。波长敏感器件的输出电压随LD发射光波长变化而变化，这一电压变化信息经适当处置可用来直接或间接控制LD发射的光波长，使其稳定在规定的任务波长上。2 波分复用器件波分复用器件是波分复用系统的重要组

25、成部分，将不同光源波长的信号结合在一同经一根传输光纤输出的器件称为合波器，如图2a所示。反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称分波器，如图2b所示。有时同一器件既可作分波器，又可以作合波器。WDM器件有多种制造方法，目前已广泛商用的WDM器件可以分为4类，即角色散器件、干涉滤波器、熔锥型波分复用器和集成光波导型。下面分别进展引见。21光栅型波分复用器光栅型波分复用器件属于角色散型器件。当人射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，使不同波长的光信号以不同的角度出射，然后经透镜会聚到不同的输出光纤，从而完成波长的选择作用，如图3所示。总的来看，光栅型WDM器件具有优良

26、的波长选择特性，可以使波长间隔减少到数nm到0.51nm左右。另外，光栅型器件是并联任务的，插入损耗不会随复用信道的增多而添加，己能实现32131个波长的复用，但对温度稳定性要格外留意。以16通路WDM为例，由于光源在1550nm波长的温度系数大约为04nm，环境温度变化30就足以引起约0.4nm的波长偏移，对于通路带宽仅0.31nm的情况将至少导致3dB的失配损耗，其严重性可见一斑。因此采用温控措施是必要的。除上述传统光栅器件外，近来一种利用紫外光将折射率光栅刻在光纤芯区的光纤光栅遭到了很大注重，如图4所示。据报道其性能甚佳，带内频响很平坦，带外抑制比很高，插入损耗不大，性能非常稳定，156

27、Onm的温度系数为0.Olnm，滤波特性滚降斜率优于15odB11m，带外抑制比可以高达50dB。它具有理想的滤光特性、便于设计制造、效率高等优点，因此可制形成倍道间隔非常小的带通、带阻滤波器。目前已广泛用于WDM系统中。2.2 介质簿膜滤波器型波分复用器光滤波器有两类，一类为干涉滤波器，另一类是吸收滤波器，两者均可由介质薄膜DTF构成。DTF干涉滤波器由几十层不同资料、不同折射率和不同厚度的介质膜按照设计要求组合起来，每层的厚度为V4波长，一层为高折射率，一层为低折射率，交替叠合而成。当光入射到高折射率层时，反射光没有相移。当光入射到低折射率层时，反射光阅历18O相移。由于层厚14波长9O，

28、因此经低折射率层反射的光阅历36O相移，与经高折射率层的反射光同相叠加。这样在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面构成很强的反射光。在这高反射区之外，反射光忽然降低，大部分光成了透射光，据此可以使之对一定波长范围呈通带，对另外波长范围呈阻带，从而构成所要求的滤波特性。利用这种具有特定波长选择特性的干涉滤波器就可以将不同的波长分别或者合并起来，如图5所示。采用DTF干涉滤波器型WDM器件的主要优点是设计与所用光纤参数几乎完全无关，可以实现构造稳定的小型化器件，信号通带较平坦，与极化无关，插入损耗较低，温度特性很好，可达0.OOlnm以下，但通路数不会很多，目前可达16路。2.3 熔锥型波

29、分复用器熔拉双锥熔锥型光纤耦合器，即将多根光纤在热熔融条件下拉成锥形，并稍加扭曲，使其熔融在一同。由于不同光纤的纤芯非常接近，因此可以经过锥形区的消逝波耦合到达所需求的耦合功率。熔锥型WDM器件制造简单，更易于批量消费，因此运用更广泛。熔锥型WDM器件的特点是插入损耗低最大值5dB，典型0.2dB，无需波长选择器件，此外还具有较好的光通路带宽通路间隔比和温度稳定性，缺乏之处是尺寸稍大，复用波长数少，隔离度较差20dB左右，普通不用在目前的密集波分复用系统中。2.4 集成光波导型WDM器件集成光波导型WDM器件是以光集成技术为根底的平面波导型器件，具有一切平面波导技术的潜在优点，诸如适于批量消费

30、、反复性好、尺寸小，可以在光掩膜过程中实现复杂的光路、与光纤的对准容易等等，因此代表了一种先进的WDM器件技术。目前平面波导型WDM器件有各种实现方案，其中一种称为龙骨型的平面波导WDM器件较有出路。器件由2个星形耦合器经M个非耦合波导构成，耦合波导不等长从而构成光栅，两端的星形耦合器由平面设置的两个共焦阵列径向波导构成。这种波导型WDM器件通路数大、紧凑、易于批量消费，但带内频响尚不够平坦，图6所示为一个龙骨型平面波导WDM器件的构造原理。2.5 各种WDM器件的性能比较表1是各种WDM器件主要特性的比较结果，需求留意特性参数是随波长数不同而变化的，表中数值只是大致范围，仅供参考。 表1 各

31、种WDM器件性能比较器件类型机理批量消费通路间nm通路数串音dB插入损耗dB主要缺陷 衍射光栅型角色散普通0.5104131-3036温度敏感DTF型干涉/吸收普通1100232-2526通路数较少熔锥型波长依赖性较容易1010026-15-450.21.5通路数少集成光波导型平面波导容易15 443225611插入损耗大在合波器上，816路WDM系统，几乎一切的公司都采用了无源的星型光耦合器作为波分复用器的合波器，有的采用1：n，有的出于线路维护的思索，采用了2：n耦合器，一路输出接任务通路，另一个接维护通路。这主要是由于简单、廉价，相互间隔离度好。缺陷是引入的损耗大，以1：8耦合器为例，可

32、以达10dB左右。而在解复用器上，对于816路的WDM系统，如今的厂家大部分选用了DTF干涉滤波器解复用器或平面波导型解复用器；而对于16路以上的WDM系统，复用器和解复用器大多都选用平面波导型复用器，由于该类型复用器的损耗与通路数无关。3 光放大器在WDM系统中，光放大器有3种运用：发送侧波分复用器之后放大信号的光放大器功率放大器，线路上的光放大器线路放大器，接纳侧解复用器之前的光放大器前置放大器。迄今为止，人们已研讨胜利3种光放大器，即半导体激光放大器、非线性光纤拉曼放大器和掺稀土元素的光纤放大器。掺稀土元素的光纤放大器又可分为掺铒光纤放大器EDFA和掺镨光纤放大器PDFA，其中，EDFA

33、适宜于长波长1550nm窗口的光信号放大，而PDFA适用于1310nm窗口的光信号。目前曾经到达适用化程度并在WDM系统运用的就是掺铒光纤放大器EDFA。3.1 光放大器原理一个典型的EDFA由掺铒光纤、泵浦源和波分复用器组成。其中掺铒光纤提供放大，泵浦源提供足够强的泵浦功率，波分复用器将信号与泵浦光混合，掺铒光纤放大器构成如图7所示。EDFA是利用激光泵浦石英光纤中掺铒离子E3+的受激辐射来实现对155Onm波段光信号的放大。由于光放大器有很宽频带普通在15301nm1565nm，这给采用EDFA的光系统提供了“透明特性，放大与信号码率和信号格式无关，而且能把各波长信号光同时放大。泵浦源有两

34、种，即98Onm和148Onm。980nm泵浦源可以坚持较低的噪声系数，而148Onm泵浦源有着更高的泵浦效率，可以获得较大的输出功率相对于980nm，大3dB左右。在实践的线路放大器运用中，对于8路WDM系统，大多采用98Ollm，这是由于G.652光纤的WDM系统主要是色散受限，而非损耗受限，因此采用1480nm会增大系统功率衰耗，提高EDFA的输出功率并没必要；采用98Onm获得最正确的噪声系数反而有利干系统性能。但是对于16路以上的WDM系统，那么采用了1480nm的泵浦源。这是由于较大的分路比减少了可用功率范围，必需采用功率更大的泵浦源。也有的公司采用了两级泵浦，1，级采用98Onm

35、，一级采用1480nm泵浦源。既改善了噪声系数，又增大了输出功率。但是，出于激光平安性和光纤非线性的思索，输出光功率普通限制在十17dBm以下，这也是激光器3A的平安要求。3.2 EDFA的增益平坦度EDFA的增益。波长特性不平坦导致不同波长的接纳光功率差别。对于多级级连EDFA系统尤其重要。在多波长级联EDFA系统中，信号频带内的ASE放大的自发光辐射噪声在每个EDPA得到累积，累积的ASE噪声还会由于Kerr效应给信号带来相位上的噪声，扩展了信号频谱，EDFA级联数目较多时，多级级联后的EDFA的增益曲线极不平坦，可选用的增益区减小，各波长信号的增益不平衡，必需采取平衡措施。处理增益平衡的

36、途径首先是实现增益谱的平坦。方法大体上可分为滤波器型和本征型两类：滤波器型是在EDFA中内插无源滤波器将153Onm的增益峰降低，或专门设计其透射谱与掺饵光纤增益谱相反的光滤波器将增益谱削平，但构造工艺都较复杂，附加损耗大，输出功率会减校本征型是采用高铝掺杂光纤或氟化物光纤。这类方法的最大优点是无需制造和引入附加元件，掺铝光纤还可以增大放大器的放大频谱范围。但氟化物光纤与石英光纤资料的不共性招致放大器工艺和可靠性的诸多费事。33掺铒光纤放大器的增益平衡技术EDFA的增益平衡是一个重要问题。WDM系统是一个多波长任务系统，当某些波长信号失去时，由于增益竞争，其能量会转移到存在的信号上，使其它波长

37、的功率提高。在接纳端，由于电平的忽然提高会带来误码，而且在极限情况下，当8路波长中7路丧失时，一切的功率都集中到一个波长上，功率会到达+17dBm左右，这又会带来剧烈的非线性或接纳机过载，也会带来误码。EDFA的增益控制技术有许多种，典型的有控制泵浦源增益的方法，EDFA内部的监测电路经过监测输入和输出功率的比值来控制泵浦源的输出，当输入波长某些信号丧失时，输入功率会减小，输出功率和输入功率的比值会添加，经过反响电路，降低泵浦源的输出功率，坚持输出输入增益不变，从而使EDFA的总输出功率减少，坚持输出信号电平的稳定。另外，还有饱和波长的方法。在发送端，除了816路任务波长外，系统还发送另一个波

38、长作为饱和波长。在正常情况下，该波长的输出功率很小，当线路的某些信号失去时，饱和波长的输出功率会自动添加，用以补偿丧失的各波长信号的能量，从而坚持EDFA输出功率和增益坚持恒定。当线路的多波长信号恢复时，饱和波长的输出功率会相应减少，这种方法直接控制饱和波长激光器的输出，速度较控制泵浦源要快一些。4 总结本讲引见了WDM系统中主要光电器件：激光器、波分复用器和掺饵光纤放大器EDFA。模拟系统的性能很大程度上取决于各器件的特性，因此这些光电器件的性能对wDM系统的性能有着重要影响。要想深化了解WDM系统，我们也必需熟习和了解这些器件的任务原理和特性。 第三讲WDM系统技术规范 信息产业部电信研讨

39、院张成良 xxx随着WDM系统的大规模建立，对规范的需求也越来越剧烈。WDM系统不像SDH系统那样有严厉一致的规范。主要缘由在于SDH系统是ITU-T先制定了规范规范，各大厂商再根据规范去制造产品，而WDM系统的开展却恰恰相反，是各厂商先有产品，而且规范不一，都以为本人是最好的选择，因此到如今为止ITU-T还没有构成一致的规范。因此，为了使引进产品和国内自行开发的产品具有一致性，制定我国的规范是非常必要的。在制定我国WDM规范时，必需先确定波分复用系统的通道数目。从最近几年看，168波长的运用将是第一步。从各个公司如今推出的产品看，几乎全是间隔为100GHz的16波分系统。这主要有以下缘由：a

40、现实的需求性，以25Gbs系统为例，16波分单向就可到达40Gbs的传输速率，这足以满足未来几年的业务需求；b技术的可行性。当前波分复用器件和激光器元件的技术都满足16个波长以上的复用。有鉴于此，我们所思索的主要是用于干线系统的1550nm的16通路密集波分复用技术。从当前运用上看，WDM系统只用于2 5Gbs以上的高速率系统。因此在制定规范的过程中，我们主要思索了基于25Gbs SDH的干线网WDM系统的运用，承载信号为SDH STM-16系统，即25Gb/sN的WDM系统。对于承载信号为其他格式例如IP的系统和其它速率例如10GbsN暂不作要求。在WDM系统规范中，只思索了点到点的线性系统

41、。目前世界上大规模建立的WDM系统几乎无一例外的都是点到点的系统，而且大部分没有采用OADM。在有业务上下的节点上，采用了复用器解复用器的背对背方式，因此我们规范的都是点到点的线性系统，而没有思索环型或其它运用。1 集成式系统和开放式系统WDM系统根据其分类，可以分为开放式WDM系统和集成式WDM系统。集成式系统就是SDH终端设备具有满足G.692的光接口：规范的光波长、满足长间隔 传输的光源又称彩色接口。这两项目的都是当前SDH系统不要求的。即把规范的光波长和长受限色散间隔 的光源集成在SDH系统中。整个系统构造比较简单，没有添加多余设备。但在接纳过去的老SDH系统时，还必需引入波长转换器O

42、TU，完成波长的转换，而且要求SDH与WDM为同一个厂商，在网络管理上很难实现SDH、WDM的彻底分开。集成式WDM系统如图1所示。开放式系统就是在波分复用器前参与OTU波长转换器，将SDH非规范的波长转换为规范波长。开放是指在同一WDM系统中，可以接入多家的SDH系统。OTU对输入端的信号没有要求，可以兼容恣意厂家的SDH信号。OTU输出端满足6.692的光接口：规范的光波长、满足长间隔 传输的光源。具有OTU的WDM系统，不再要求SDH系统具有G.692接口，可继续运用符合G.957接口的SDH设备；可以接纳过去的SDH系统，实现不同厂家SDH系统任务在一个WDM系统内，但OTU的引入能够

43、对系统性能带来一定的负面影响；开放的WDM系统适用于多厂家环境，彻底实现SDH与WDM分开。开放式WDM系统如图2所示。图3是一个波长转换器0TU。该器件的主要作用在于把非规范的波长转换为ITU-T所规范的规范波长，以满足系统的波长兼容性。如今已商用的产品中，运用的照旧是光电光OE0的变换，即先用光电二极管PIN或APD把接纳到的光信号转换为电信号，然后用该电信号对规范波长的激光器重新进展调制，从而得到新的符合要求的光波长信号。对于集成系统和开放系统的选取，运营者可以根据需求。在有SDH系统多厂商的地域，可以选择开放系统，而新建干线和SDH制式较少的地域，可以选择集成系统。但是如今WDM系统采

44、用开放系统的越来越多。2任务波长区的选择对于常规G.652光纤，ITU-T G.692给出了以 1931THz为规范频率、间隔为100GHz的41个规范波长19211961THz，即15301561nm。但在实践系统中，思索到当前干线系统运用WDM系统主要目的是为了扩容，全部运用的能够性几乎为零，由于在整个EDFA放大频谱15301565nm内，级联后的EDFA的增益曲线极不平坦，可选用的增益区很小，各波长信号的增益不平衡，必需采取复杂的平衡措施，并且当前业务的需求并没有那么大的容量。综合各大公司的资料，15481560nm波长区的16个波长更受青睐，西门子和朗讯都采用了这一波长区。在1549

45、156Onm波长区间，EDFA的增益相对平坦，其增益差在15dB以内，而且增益较高，可充分利用EDFA的高增益区，见图4。在多级级联的WDM系统中，容易实现各通路的增益平衡。另外该区域位于长波长区一侧，很容易在EDFA的另一侧153O1545nm开通另外16个波长，扩容为32通路的WDM系统。16通路WDM系统的16个光通路的中心频率应满足表1的要求，8通路WDM系统的8个光通路的中心波长应选表：中加的波长。 表1 16通路和8通路WDM系统中心频率序号 中心频率THz波长nm1192.1*1560.612192.21559.793192.3*1558.984192.41558.175192.

46、5*1557.366192.61556.557192.7*1555.758192.81554.949192.*1554.1310193.01553.3311193.1*1552.5212193.21551.7213193.3*1550.9214193.41550.1215193.5*1549.3216193.61548.51WDM系统除了对各个通路的信号波长有明确的规定外，对中心频率偏移也有严厉规定。通路中心频率偏移定义为通路实践的中心频率与通路中心频率标称值的差值。对通路间隔选择100GHz的1625Gbs WDM系统，到寿命终了时的波长偏移应不大于20GHz。3 光按口分类由于如今运用的W

47、DM系统都是用于干线长途传输，因此我国只选用有线路光放大器的系统，不思索两点之间的无线路光放大器的WDM系统。现阶段我们只思索确定8波长和16波长的运用。对于长途WDM系统的运用，我们规定了3种光接口：即822dB，333dB和530dB系统。其中22dB、30dB和33dB是每一个区段Span允许的损耗，而前一个数字85，3那么代表区段Span的数目。图5为822dB系统的表示图。该系统由8段构成，每两个LA之间的允许损耗为22dB，BA和PA分别是功率放大器和预放大器，LA是线路放大器。假设光纤损耗以0.275dBkm为根底包括接头和光缆富有度，22dB对应于8Okm的光纤损耗，那么822

48、dBWDM系统可以传输880km=640km的间隔 ，中间无电再生中继。80km比较符合我国中继段的情况，可以满足大部分地域中继间隔 的要求。目前干线的中继段间隔 大多在5060km。另外822dB系统技术上相对成熟，可靠性高，性能好，光信噪比OSNR比333dB和530dB要好45dB。因此可作为干线传输和省内二级干线传输的优选系统。思索到西北地域有能够出现超长中继的情况，添加了333dB系统可以传输3120km=360km，以顺应某些沙漠地域超长中继间隔 的需求。另外由于533dB的实现尚需求研讨，并结合我国实践情况，在中继间隔 80km和120km以外，我们引入每区段Span损耗30dB

49、传送间隔 为100km左右、5个Span的系统，即53OdB系统，作为长中继间隔 ，多段数的补充，也是533dB的替代。这样使每个区段Span的间隔 由2种80km、12Okm添加到3种80km、10Okm和12Okm，添加了组网的灵敏性。在WDM系统中，目前的8通路系统不能被晋级为16路系统，除非该8路系统是配置不完全的16通路系统的子集，否那么都不能直接晋级，即没有前向兼容性。这就要求运营者在建立WDM系统时，应对本地业务量开展有着正确的估计，以选择适宜的通路数。4 光按口参数在ITU-T G.692建议中，对于点到点WDM系统的光接口参数几乎为零，为了添加可操作性，我们重点参考了几家大公

50、司的产品规范，制定了较详细的系统接口规范，添加了规范化程度，具有较强的可操作性，特别是思索到高功率条件下的非线性效应和光信噪比要求，合理地选择入纤功率，并对开放系统和集成系统提出了相应要求。在开放的WDM系统中，对于OTU在发送端、再生中继器和接纳端的不同运用，分别给出了详细目的。思索到维护人员的需求，对EDFA添加了在线监测口的要求，以方便日常的维护测试。针对WDM系统的模拟性质，我们特别制定了WDM系统接纳端光信噪比OSNR数值，对于822dB的系统，其光信噪比为22dB；而对于530dB和333dB，那么要求分别为21dB和20dB。由于系统的OSNR很大程度上决议于区段span的损耗。

51、区段span的损耗越大，那么最后系统的性能越差。由于篇幅所限，参数的详细内容在此不详述。5 性能要求目前，WDM系统还短少一套衡量其传输质量的规范。虽然光信噪比OSNR可以衡量系统传输质量，但还存在一定缺陷。当光信噪比OSNR很高时22dB，系统的质量可以保证普通BER10-15。当OSNR任务在临界形状，例如1517dB时，OSNR就很难定量地评价信号传输质量；再思索到信号脉冲传输中出现的波形失真，有时OSNR较高时相应的误码率有能够较差。因此承载信号的质量很大程度上还需求在电域上进展评价。实践上国家骨干网的WDM系统是基于SDH系统的多波长系统，因此其网络性能应该全部满足我国SDH规范规定

52、的目的，包括误码、抖动和漂移。WDM系统在一个光复用段内，只需一个电再生段，没有任何转接，因此不能用通道目的进展衡量，暂定采用复用段目的进展要求。该目的与详细WDM系统光复用段长度无关。开放式WDM系统引入了波长变换器OTU，OTU应具有和SDH再生中继器一样的抖动传送特性和输入抖动容限。6 光监控通路OSC要求与常规SDH系统不同，WDM系统添加对EDFA监视和管理。由于在EDFA上业务信号不进展上下，无电接口接入，只需光信号的放大，而且业务信号的开销如SDH上也没有对EDFA进展控制和监控的字节，因此必需添加一个电信号对EDFA的运动形状进展监控。如今经常采用的是在一个新波长上传送检测信号

53、。对于运用线路放大器的WDM系统需求一个额外的光监控通路，这个通路能在每个线路光放大器处进展上下。光线路放大器EDFA的增益区为15301565nm，光监控通路必需位于EDFA有用增益带宽的外面，我们规定采用1510nm波长。监控通路的接口参数见表2。 表2 监控通路的接口参数监控波长1510nm监控速率2Mb/s信号码型CMI信号发送功率07dBm光源类型光谱特性MLM LD待研讨最小接纳灵敏度 -48dBm7 WDM系统的维护WDM系统线路维护主要有两种维护方式：一种是基于单个波长、在SDH层实施的11或1 ：n的维护；另一种是基于光复用段上维护OMSP，在光路上同时对合路信号进展维护。7

54、.1擅长单个液长，在snl1层实施的11维护这种维护系统机制与SDH系统的：1+1MSP类似，一切的系统设备都需求有备份。如图6所示，SDH信号在发送端被永久桥接在任务系统和维护系统上，在接纳端监视从这两个WDM系统收到的SDH信号形状，并选择更适宜的信号。这种方式的可靠性比较高，但是本钱也高。与此原理相一致，还可以实现基于单个波长，在SDH层实施的1：n维护。另外一种方式是基于单个波长、同一WDM系统内1：n路的WDM系统中，n个波长通道作为任务波长，1个波长通路作为维护。但是实践系统中，光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性要差，只对系统维护，而不对线路维护，实践意义不太大。7.2光复用段OMS

55、P维护这种技术是只在光路上进展1+1维护，而不对终端设备进展维护。在发端和收端分别运用12光分路器或光开关，在发送端对合路的光信号进展分别，在接纳端对光信号进展选路。ii图7是采用光分路器和光开关的光复用段维护方案。在这种系统中，只需光缆和WDM的线路系统是备份的。人们也可以用N：2的耦合器来替代复用器和1：2分路器。相对于1+1的全维护，该方法减少了本钱。光复用段维护只需在独立的两条光缆中实施才有实践意义。8 平安要求对于含光放大器的WDM系统，平安特别重要。由于普通情况下，光放大器系统任务在高功率情况下，有的曾经在光纤平安功率极限的边缘。ITU-T建议规定：单路或合路入纤最大光功率电平为+

56、17dBm。对链路切断情况下能够引起的剧烈“浪涌效应更应加以注重，必需保证系统可以及时封锁泵浦源和系统，以防止对系统呵斥损害。81光“浪涌的产生运用EDFA放大光信号，当输入光功率迅速增大时，由于EDFA的慢增益动态效应会产生光浪涌，输出光功率出现“尖峰，特别是对级联EDFA的情况下，其峰值功率可以到数十瓦，其原理如图8所示。在光缆忽然被切断或其它缘由导致信号丧失时，假设泵浦源不封锁，泵浦源还处于泵浦“形状，使高能级“泵浦形状下的离子浓度到达最大。这时，当信号经过一段时间恢复后，假设一个较高功率的信号进入掺饵光纤，将引起几乎一切的亚稳态离子发生受激辐射翻转，使EDFA的输出到达一个最大值+30

57、dBmIW以上。这种高功率是非常危险的，有能够“烧坏光衔接器和接纳机。82光浪涌的防止Optical surge prevention采用图8所示的方法可以防止光浪涌。当光缆切断或其它缘由引起LOS被检出时，当时间积累到一定长度，应减小直至切断向EDFA馈送的泵功率。而当链路恢复时，应待光信号恢复一定时间后，再恢复向EDFA泵功率。对于WDM系统，只需当一切主通路的光信号都丧失时才启动EDFA自动功率关断APSD进程。APsD实施时，不影响并且能坚持一切OSC光监控通路功能的实施。9 单纤双向传输与单纤单向WDM相比，单纤双向WDM系统可以减少光纤和线路放大器的数量。但双向WDM设计比较复杂，

58、必需思索多经过干扰MPI、光反射的影响，另外还需思索串音、两个方向传输功率电平数值、OSC传输和自动功率关断等一系列问题。从如今得到的资料看：大部分公司都是采用单纤单向系统。单纤双向WDM只适用于光缆对比较紧张的情况，目前只需Nortel采用了这种技术。单纤双向在于线中运用的时机并不多。由于它只适用于光纤芯数极少的地域，而通常干线的芯数都在24芯以上。这种技术适宜在一些遥远地域采用，而遥远地域的业务量似乎尚不能到达N25Gb/s超高速容量，真正实施的能够是622Mbs或155Mbs系统的简单两波分或类似系统。对于单纤双向系统，我们没有完全予以制止，但也并不提倡。在光纤芯数可以满足要求时，最好仍

59、采用单纤单向的WDM系统，只需在那些光纤芯数极少的地域，才有必要思索采用单纤双向系统。1O 总结当前，WDM技术仍处于快速开展阶段，今年内，许多厂商的3225Gb/s系统都将投入商用，另外Nl0Gbs的WDM技术也开展很快，我们目前制定的规范仅仅对当前引进和建立的16825Gbs WDM系统参数进展了详细规定，对于16通路以上的WDM系统的光接口参数还没有规范。但是许多普遍性原那么，例如WDM分层构造、光接口分类、维护以及平安要求等在多通路WDM系统中仍将适用。另外我们也会加快3210Gbs2.5Gb/s和其它拓扑构造的WDM系统如WDM环网的规范化，以满足国内迅速开展的WDM技术的要求。 第

60、四讲 WDM系统网络管理要求 信息产业部电信研讨院 xxx在传送网体系构造中，SDH和WDM是分属于不同逻辑“层的系统，它们之间是客户层效力层之间的关系。WDM系统管理的传输资源是波长光通道带宽、信号格式不确定，SDH系统管理的传输资源是VC-412通道。WDM网络提供的光通道可以直接支持各种业务网。从WDM技术角度看，SDH和其他业务网一样只是它的客户信号，所以SDH和其他业务网的网管系统都应独立于其承载层WDM网管系统，WDM网络管理系统应与SDH彻底分开。1 WDM与SDH网管系统的关系SDH和WDM的一样点在于都是建立在光纤这一物理媒质上，利用光纤作为传输手段的技术。但两者也有本质的区